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        地鐵盾構(gòu)隧道下穿加油站的地表沉降分析

        2021-06-22 01:01:32
        設(shè)備管理與維修 2021年10期
        關(guān)鍵詞:油罐管片加油站

        徐 淼

        (中鐵十九局集團(tuán)第五工程有限公司,遼寧大連 116100)

        0 引言

        隨著中國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,城市人口增長迅猛,地鐵逐步成為交通擁堵治理的首選。在地鐵盾構(gòu)施工過程中,不可避免會下穿城市道路、高架橋、民用建筑物、文物建筑和加油站等重大風(fēng)險源。雖然盾構(gòu)機(jī)械化水平越來越高,技術(shù)日趨成熟,盾構(gòu)穿越重大風(fēng)險源時,控制地表沉降、建筑物沉降、管線沉降等沉降項(xiàng)目仍是一個挑戰(zhàn)。

        本文以青島地鐵1 號線遵瑞區(qū)間盾構(gòu)下穿加油站項(xiàng)目為例,開展研究分析。通過對加油站區(qū)域地表、油罐、油棚和辦公房的沉降監(jiān)測,利用預(yù)報警手段,及時反饋施工單位進(jìn)行盾構(gòu)參數(shù)調(diào)整和增加風(fēng)險管控措施,確保盾構(gòu)機(jī)安全穿越加油站區(qū)域。

        1 工程概況

        1.1 盾構(gòu)區(qū)間概況

        青島地鐵1 號線遵義路站—瑞金路站區(qū)間位于重慶中路西側(cè),從遵義路站始發(fā),向北下穿青島市胸科醫(yī)院、青鋼醫(yī)院和東南渠加油站,地面為商業(yè)、工廠辦公、居住和商住用地,沿重慶中路進(jìn)入瑞金路站。

        遵瑞區(qū)間里程K55+472.700—K56+774.350,長1301.65 m。該區(qū)間分為礦上法和盾構(gòu)法兩段,其中,K55+465.700—K56+218.350 為盾構(gòu)法段,左線長752.657 m,右線長752.650 m,線間距14 m。隧道拱頂埋深8.5~21 m,斷面形式為單洞單線外徑6 m 的圓形預(yù)制管片。

        區(qū)間從遵義路站開始,開始位置在半徑為3000 m 的豎曲線上,然后以28‰的坡度下坡260 m,再以15‰的坡度下坡450 m,達(dá)到線路最低點(diǎn)進(jìn)入盾構(gòu)吊出井,吊出井處豎曲線半徑為5000 m。

        1.2 加油站油罐位置

        遵瑞區(qū)間下穿加油站的油棚位于里程DK55+733.890,加油站棚為1 層網(wǎng)架結(jié)構(gòu),獨(dú)立基礎(chǔ),基礎(chǔ)埋深約1.5 m,距隧道拱頂約12.7 m;地下油罐位于DK55+755.540,共4 個油罐(2 個汽油、2 個柴油),油罐直徑2.5 m,油罐長約6 m,體積25 m3;實(shí)測油罐埋深3.5 m,距隧道拱頂約11.3 m,油罐周邊采用石粉回填;底座30 cm 混凝土墊層,雙層油罐,液位儀、滲漏監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)良好。

        1.3 加油站地質(zhì)水文條件

        盾構(gòu)風(fēng)險源區(qū)間穿越地層從上到下依次為粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土~黏土、粗砂~礫砂、粉質(zhì)黏土、含黏性土粗~礫砂、強(qiáng)風(fēng)化安山巖和中風(fēng)化安山巖。其中加油站區(qū)域隧道穿越地層為中等風(fēng)化安山巖,拱頂覆巖厚度小于1 m,地下水類型為基巖裂隙水,受上層第四系孔隙水補(bǔ)給,水量較大。

        1.4 盾構(gòu)下穿加油站風(fēng)險等級

        遵瑞區(qū)間下穿加油站油棚,側(cè)穿加油站4 個油罐,設(shè)計定義風(fēng)險源等級為I 級。根據(jù)相關(guān)規(guī)范及設(shè)計文件要求,穿越加油站時必須降低風(fēng)險源等級。

        1.5 盾構(gòu)掘進(jìn)控制措施

        遵瑞區(qū)間盾構(gòu)掘進(jìn)時,復(fù)雜的地質(zhì)條件、開挖面的應(yīng)力釋放、附加應(yīng)力對土體的固結(jié)、地下水的流失、注漿不及時、注漿量不足等原因會引起隧道上方的地表沉降。為控制加油站的油棚、油罐的沉降變形,盾構(gòu)掘進(jìn)采取以下措施。

        (1)危險區(qū)施工前,加油站須停運(yùn),同時清空儲油罐、氣罐和管道內(nèi)油品和氣品,確保加油站內(nèi)無油品、氣品,做好相應(yīng)保護(hù)措施;做好洞內(nèi)和地表的油氣監(jiān)測,加強(qiáng)洞內(nèi)通風(fēng),發(fā)現(xiàn)異常立即停工處理。施工完畢后,應(yīng)對加油站設(shè)備、接頭進(jìn)行檢測,合格后恢復(fù)運(yùn)營。

        (2)劃定清晰明確的風(fēng)險源邊界,制定下穿加油站專項(xiàng)第三方與施工方監(jiān)測方案,及時根據(jù)監(jiān)測反饋信息調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)。施工單位應(yīng)制定完善的應(yīng)急預(yù)案,進(jìn)行專項(xiàng)安全與技術(shù)交底,一旦出現(xiàn)險情,立即采取洞內(nèi)二次注漿與地表注漿加固。

        (3)為減少對地層的影響,改善渣倉土體流動性,須進(jìn)行渣土改良[1]。渣土改良應(yīng)嚴(yán)格加注信譽(yù)良好優(yōu)質(zhì)的泡沫劑和優(yōu)質(zhì)膨潤土漿。通過先期試驗(yàn)段驗(yàn)證,效果優(yōu)良方可應(yīng)用于本場區(qū)。

        (4)穿越前檢查刀具磨損量,有磨損立即更換滾刀;掘進(jìn)前應(yīng)檢修好盾構(gòu)零件,確保性能完好,切記在風(fēng)險區(qū)位置停機(jī)。穿越過程中應(yīng)保證好盾構(gòu)機(jī)的機(jī)械性能,控制好盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)參數(shù),做好同步注漿和必要的二次注漿工作[2],平穩(wěn)勻速通過危險區(qū),拼裝時確保管片防水和拼裝質(zhì)量;選用質(zhì)量優(yōu)良的盾尾油脂。

        (5)合理安排施工工序,安排專人負(fù)責(zé)掘進(jìn)出土與管片拼裝等主要施工工序,盡量縮短測量和渣土車等待時間,提高運(yùn)輸效率,維持作業(yè)面連續(xù)施工,加快管片拼裝作業(yè)。配備足夠的值班維修人員,一旦盾構(gòu)機(jī)械發(fā)生故障,能夠及時進(jìn)行處理,確保盾構(gòu)推進(jìn)順利進(jìn)行。

        (6)根據(jù)地勘報告與現(xiàn)場鉆孔地質(zhì)情況,地下水賦存量大,盾構(gòu)掘進(jìn)時巖土層裂隙水流失,會引起巖土體固結(jié)沉降。因此,管片拼裝是嚴(yán)控質(zhì)量,防止管片破損和錯臺過大,控制隧道的地下水流失量。

        (7)為減小盾構(gòu)機(jī)左右線同時掘進(jìn)對土體的擾動,引起地表沉降對加油站的影響,調(diào)整盾構(gòu)施工計劃,先掘進(jìn)左線。待左線盾構(gòu)機(jī)順利通過加油站,地表沉降穩(wěn)定后再開始掘進(jìn)右線,間隔距離控制在100 m,進(jìn)而可以有效控制兩臺盾構(gòu)機(jī)同時對地面造成影響。

        1.6 盾構(gòu)施工參數(shù)

        盾構(gòu)機(jī)在下穿加油站施工段時,推力控制在8000~13 000 kN,推進(jìn)速度控制在20~30 mm/min、刀盤轉(zhuǎn)速控制在1.0~1.2 r/min、土倉壓力控制在上部0.09~0.12 MPa,刀盤扭矩控制在2000~3200 kN·m,出土量控制在50 m3以內(nèi)。

        盾尾通過后管片外圍和土體之間存在空隙,施工中采用同步注漿來充填這一部分空隙。施工過程中嚴(yán)格控制同步注漿量和漿液質(zhì)量,嚴(yán)格控制漿液配比,使?jié){液和易性好、泌水性小、流動性好。確保管片結(jié)構(gòu)不因注漿產(chǎn)生變形和損壞,同步注漿量取環(huán)形間隙理論體積的1.2~1.5 倍,則每環(huán)注漿量Q=4.86~6.08 m3,注漿壓力為0.2~0.3 MPa。

        二次注漿從盾尾后第3 環(huán)開始,二次注漿壓力比同步注漿壓力高出0.01~0.03 MPa 來控制,二次注漿應(yīng)采用帶止逆閥的注漿管。二次注漿漿液質(zhì)量比為:水∶水泥=1∶1,體積比為:水泥漿∶水玻璃=1∶1。

        盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)控制在水平0~20 mm,垂直-20~0 mm。如果超出范圍,操作手必須及時上報,并協(xié)商調(diào)整方案。

        2 盾構(gòu)下穿加油站變形監(jiān)測分析

        盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)穿越加油站施工可能產(chǎn)生地下地表及建筑物沉降,油罐、輸油管路變形及地面坍塌。為確保周邊環(huán)境安全,掘進(jìn)施工前,加油站區(qū)域布設(shè)地表沉降、建筑物沉降、油棚沉降和油罐沉降等測點(diǎn),及時反饋信息,指導(dǎo)下一步盾構(gòu)施工。

        2.1 建筑物沉降分析

        盾構(gòu)機(jī)調(diào)整保壓推進(jìn)的原因是由于建筑物沉降速率超過報警值1.5 mm/d,油棚區(qū)域地下水豐富,加之盾構(gòu)下坡掘進(jìn),前后兩方地下水向刀盤匯集,地下水流失嚴(yán)重,造成地層失水,巖土體固結(jié)沉降。右線掘進(jìn)時,充分考慮了左線掘進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),保壓推進(jìn),同步注漿及時跟進(jìn),增設(shè)二次注漿孔的范圍等措施。加油站辦公區(qū)域和油棚監(jiān)測點(diǎn)變化速率和累計量均無異常,區(qū)間右線已安全可控地通過加油站區(qū)域。

        2.2 地表沉降分析

        加油站區(qū)域地表測點(diǎn)的沉降變化曲線如圖1 所示。從圖中可知,盾構(gòu)左右線掘進(jìn)過程中,地表測點(diǎn)的監(jiān)測數(shù)據(jù)隆起累計最大值為+5.51 mm(DC84-02),沉降累計最小值為-9.73 mm(DCJ02)。從監(jiān)測數(shù)據(jù)可知,采取保壓推進(jìn)、及時同步注漿、二次注漿、渣土改良等盾構(gòu)風(fēng)險管控措施,控制地表沉降效果明顯,盾構(gòu)掘進(jìn)對隧道上方地表沉降有一定擾動,但風(fēng)險可控。

        圖1 加油站區(qū)域地表測點(diǎn)的沉降變化曲線

        2.3 加油站油罐沉降分析

        盾構(gòu)機(jī)先后穿越辦公區(qū)、油棚、油罐。下穿油罐時,油罐監(jiān)測點(diǎn)經(jīng)歷兩次先上升后下降,變化速率未出現(xiàn)超標(biāo)情況。油罐的監(jiān)測數(shù)據(jù)隆起累計最大值為+2.94 mm(JCJ47),沉降累計最小值為-3.49 mm(JCJ46)。從監(jiān)測數(shù)據(jù)可知,隧道掘進(jìn)施工對加油站油罐有一定擾動,但擾動影響很小,盾構(gòu)同步注漿與二次注漿效果明顯,隧道上方巖土體的沉降得到有效控制。

        3 結(jié)論

        (1)盾構(gòu)隧道穿越加油站重大風(fēng)險源時,要編制專項(xiàng)施工方方案、專項(xiàng)監(jiān)測方案和專項(xiàng)應(yīng)急方案。對可能出現(xiàn)的險情提前做出預(yù)判,風(fēng)險管控措施要詳細(xì)細(xì)致。

        (2)通過對加油站的辦公房、油棚、油罐和地表的沉降觀測,可及時有效地指導(dǎo)盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)的調(diào)整,調(diào)整同步注漿時間,調(diào)整渣土改良的泡沫劑和膨潤土的加入量,調(diào)整二次注漿及注漿范圍。

        (3)盾構(gòu)掘進(jìn)時,若地下水損失嚴(yán)重,可采取保壓推進(jìn)、二次注漿和地面加固等措施。

        (4)本案例下穿加油區(qū)辦公區(qū)域時,由于地下水流失,造成建筑物沉降速率超標(biāo)。通過一系列風(fēng)險管控措施,較為成功地控制了加油站區(qū)域的地表、建筑物沉降,為今后盾構(gòu)穿越加油站等重大風(fēng)險源提供一定的借鑒經(jīng)驗(yàn)。

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